(57)【要約】  ガス生成物の液化のためのプラント（１）の始動および運転方法は、可変周波数ドライブ（６）を第１の機械ストリング（２ａ）のモータ（５）に電気的に接続するステップと、第１の機械ストリング（２ａ）のモータ（５）の速度を第１の所定の閾値まで増加させるステップと、可変周波数ドライブ（６）を第１の機械ストリング（２ａ）のモータ（５）から電気的に切断するステップと、可変周波数ドライブ（６）を第２の機械ストリング（２ｂ）のモータ（５）に電気的に接続するステップとを含み、第１の所定の閾値は、電力供給グリッド（７）の前記周波数の関数である。可変周波数ドライブ（６）は、プロセス要件に応じて、ストリングの間でプラントの運転中に切り換えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス生成物の液化のためのプラント（１）の始動および運転方法であって、前記プラント（１）は、少なくとも第１の機械ストリング（２ａ）および第２の機械ストリング（２ｂ）を含み、各ストリング（２ａ，２ｂ）は、電気モータ（５）と、前記電気モータ（５）に機械的に接続された負荷（４）とを含み、前記プラント（１）は、それ自体の周波数を有し、前記電気モータ（５）に関連付け可能な電力供給グリッド（７）に接続された可変周波数ドライブ（６）を含み、前記方法は、
前記可変周波数ドライブ（６）を前記第１の機械ストリング（２ａ）の前記モータ（５）に電気的に接続するステップと、
前記第１の機械ストリング（２ａ）の前記モータ（５）の速度を第１の所定の閾値に達するまで増加させるステップであって、前記第１の所定の閾値は、前記電力供給グリッド（７）の前記周波数の関数である増加させるステップと、
前記可変周波数ドライブ（６）を前記第１の機械ストリング（２ａ）の前記モータ（５）から電気的に切断し、前記第１の機械ストリング（２ａ）の前記モータ（５）を前記電力供給グリッド（７）に電気的に接続するステップと、
前記可変周波数ドライブ（６）を前記第２の機械ストリング（２ｂ）の前記モータ（５）に電気的に接続するステップと、
前記可変周波数ドライブ（６）によって前記第２の機械ストリング（２ｂ）の前記モータ（５）の前記速度を調節するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記第１の機械ストリング（２ａ）の前記モータ（５）の前記速度が、前記第１の所定の閾値に実質的に維持される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電力供給グリッド（７）を電気的に接続するステップが、前記可変周波数ドライブ（６）を電気的に切断するステップと実質的に同時に行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記可変周波数ドライブ（６）を前記第１の機械ストリング（２ａ）の前記モータ（５）から電気的に切断するステップ、および前記可変周波数ドライブ（６）を前記第２の機械ストリング（２ｂ）の前記モータ（５）に電気的に接続するステップが、ほぼ同時に発生する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の機械ストリング（２ｂ）の前記モータ（５）の前記速度を調節するステップが、第２の所定の閾値に達した後に行われる、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記可変周波数ドライブ（６）および前記電力供給グリッド（７）が、前記モータ（５）の各々の間で切り換えることができる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の所定の閾値が、１５００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍの間とされる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の所定の閾値が、前記電力供給グリッド（７）が５０Ｈｚの周波数を有するときに３０００ｒｐｍ、または前記電力供給グリッド（７）が６０Ｈｚの周波数を有するときに３６００ｒｐｍに等しい、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の所定の閾値が、前記第２の所定の閾値に等しい、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ガス生成物の液化のためのプラント（１）であって、少なくとも第１の機械ストリング（２ａ）および第２の機械ストリング（２ｂ）を含み、各ストリング（２ａ，２ｂ）は、電気モータ（５）と、前記電気モータ（５）に機械的に接続された負荷（４）とを含み、前記プラント（１）はまた、それ自体の周波数を有し、前記電気モータ（５）に関連する電力供給グリッド（７）に接続可能な可変周波数ドライブ（６）を含み、前記可変周波数ドライブ（６）は、前記モータ（５）の各々に電気的に接続されるように構成される、プラント（１）。
【請求項１１】
前記可変周波数ドライブ（６）が、前記第１の機械ストリング（２ａ）および前記第２の機械ストリング（２ｂ）の前記モータ（５）を順次起動し、両方のモータ（５）が起動されているときに前記モータ（５）の１つの速度を調節するように構成される、請求項１０に記載のプラント（１）。
【請求項１２】
１つの可変周波数ドライブ（６）のみを含む、請求項１１に記載のプラント（１）。
【請求項１３】
複数の前記機械ストリング（２ａ，２ｂ）と、複数の可変周波数ドライブ（６）とを含み、前記可変周波数ドライブ（６）の数が、前記機械ストリング（２ａ，２ｂ）の数より少ない、請求項１０に記載のプラント（１）。
【請求項１４】
前記電力供給グリッド（７）が、前記モータ（５）の１つまたは複数に直接接続可能である、請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載のプラント（１）。
【請求項１５】
前記可変周波数ドライブ（６）が、単一の機械ストリング（２ａ，２ｂ）に電力を供給するような大きさにされている、請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載のプラント（１）。
【請求項１６】
各モータ（５）が、シャフト（３）によって前記負荷（４）に接続され、前記モータ（５）が、前記シャフト（３）の中間部または端部に接続される、請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載のプラント（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の主題は、ガス生成物の液化のためのプラントの始動および運転方法に関する。好ましくは、ガス生成物は、炭化水素または炭化水素混合物である。より好ましくは、液体生成物は、天然ガスである。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスは、ますます重要なエネルギー源になっている。供給源から使用場所への天然ガスの輸送を可能にするためには、ガスの量を減らさなければならない。極低温液化は、天然ガスを液体に変換するために日常的に実施されているプロセスとなっており、より簡便で、安価で、貯蔵および輸送がより安全である。液化天然ガス（ＬＮＧ）の船舶による輸送は、冷却されて液化したガスを周囲圧力における液化温度よりも低い温度に保つことによって、周囲圧力において可能になる。
【０００３】
天然ガスを液体状態で貯蔵および輸送するために、天然ガスは、好ましくはガスがほぼ大気の蒸気圧を有する約−１５０〜−１７０℃に冷却される。
【０００４】
天然ガスの液化のために、高い圧力の天然ガスを複数の冷却ステージに順次通すことで、液化温度が達成されるまでガスを順次の冷凍サイクルにおいてより低い温度に冷却するいくつかのプロセスおよびシステムが、従来技術に存在する。
【０００５】
天然ガスを冷却ステージに通す前に、天然ガスは、処理を妨げたり機械を損傷したりする可能性があり、あるいは最終製品において望ましくない不純物を取り除くために、前処理される。不純物として、酸性ガス、硫黄化合物、二酸化炭素、メルカプタン、水および水銀が挙げられる。次いで、不純物が取り除かれた前処理後のガスは、冷媒流によって冷却され、重質炭化水素を分離する。残りのガスは、主にメタンからなり、通常、プロパンまたは重質炭化水素などの高分子量の炭化水素を０．１モル％未満しか含まない。このようにして不純物が取り除かれて精製された天然ガスは、極低温部において最終温度まで冷却される。得られたＬＮＧは、ほぼ大気圧で貯蔵および輸送することができる。
【０００６】
大規模な極低温液化は、通常、マルチサイクルプロセス、すなわち異なる冷凍サイクルを使用するプロセスによって行われる。プロセスの種類に応じて、各サイクルは、異なる冷凍流体を使用することができ、あるいは同じ冷凍流体を２つ以上のサイクルで使用することができる。
【０００７】
より詳細には、中小規模の液化技術は、２つの主要なグループに分けることができる：
混合冷媒（ＭＲ）技術：これらは、液化に使用される冷媒がその気化潜熱を利用して天然ガスを冷却する「凝縮型」プロセスである。
【０００８】
膨張ベースの技術：これらは、冷媒が常にガス相であり、天然ガスを冷却するためにその顕熱を利用するのみのプロセスである。
【０００９】
従来技術では、ＬＮＧの製造は、天然ガスが冷凍プロセスの間に次第に冷却される専用プラントで行われる。実際、プラントは、天然ガスが熱を冷凍流体に伝達するいくつかの熱交換器を含む。
【００１０】
より詳細には、冷凍流体は、ポンプまたは一組のポンプ（液体相用）および圧縮機または一組の圧縮機（蒸気相用）によって循環される。同じシャフトに取り付けられたポンプおよび／または圧縮機のグループは、技術分野では「ストリング」と呼ばれる。
【００１１】
ストリングはまた、１つまたは複数のパワーユニットを含む。典型的には、ストリングは、タービンによって、場合によっては電気ヘルパーモータによって給電される。いわゆるＥ−ＬＮＧプラントでは、各ストリングのパワーユニットは、単一の電気モータのみからなる。この場合、モータは、固定速度、または可変速度で使用することができる。この場合、モータは、可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）によって給電される。より詳細には、可変周波数ドライブは、モータ入力周波数および電圧を変化させることによって交流（ＡＣ）モータ速度およびトルクを制御するための電気機械駆動システムに使用される一種の可変速ドライブである。
【００１２】
プラントは、可変数の上述のストリングを含むが、通常、各プラントに少なくとも２つのストリングが存在する。以下の開示では、プラントは説明を容易にするために２つのストリングを含むと仮定するが、同じ概念を３つ以上のストリングを有するプラントに容易に拡張することができるので、一般性の損失は意図していない。
【００１３】
従来技術では、プラントの始動は、各モータを徐々に起動することによって行われる。したがって、各モータは、一定の速度で使用する場合でも、それ自体の可変周波数ドライブを備えなければならない。
【００１４】
この問題を部分的に解決するために、必要な電力がそれほど高くないときは、電気モータをソフトスタータで起動することができる。たとえば、ソフトスタータは、機械的または電気的デバイス、あるいはその両方の組み合わせから構成することができる。機械ソフトスタータは、トルクリミッタの他の形態と同様に、流体、磁力、またはスチールショットを使用してトルクを伝達するクラッチおよびいくつかのタイプのカップリングを含む。電気ソフトスタータは、電圧または電流入力を一時的に減少させることによってトルクを低減する任意の制御システム、または電気回路でのモータの接続方法を一時的に変更するデバイスであり得る。
【００１５】
それにもかかわらず、ソフトスタータは、Ｅ−ＬＮＧプラントなどの高出力用途には利用できない。したがって、プラントの始動は、各モータにそれ自体の可変周波数ドライブが設けられていることを必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０７２４３３号
【発明の概要】
【００１７】
不都合なことに、プラントの各電気モータのための可変周波数ドライブにより、そのようなデバイスを収容するより大きなプラントを構築することが要求される。実際、各高出力が、約１０〜５０平方メートルの表面にわたって広がる。また、それらは非常に複雑な機械であるため、その存在はプラントのコストを大幅に上昇させる。
【００１８】
したがって、本発明の第１の実施形態は、ガス生成物の液化のためのプラントの始動および運転方法に関する。プラントは、少なくとも第１の機械ストリングおよび第２の機械ストリングを含む。各ストリングは、電気モータと、電気モータに機械的に接続された負荷とを含む。プラントはまた、それ自体の周波数を有する電力供給グリッドに接続された可変周波数ドライブを含む。可変周波数ドライブはまた、電気モータに関連する。
【００１９】
方法は、可変周波数ドライブを第１の機械ストリングのモータに電気的に接続するステップを含む。次いで、第１の機械ストリングのモータの速度は、第１の所定の閾値に達するまで増加される。第１の所定の閾値は、電力供給グリッドの前記周波数の関数である。
【００２０】
可変周波数ドライブは、第１の機械ストリングのモータから電気的に切断され、ほぼ同時に第２の機械ストリングのモータに電気的に接続される。第２の機械ストリングのモータの速度は、第２の所定の閾値に達するまで増加される。
【００２１】
第２の実施形態はまた、ガス生成物の液化のためのプラントに関する。プラントの可変周波数ドライブは、モータの各々に接続されるように構成される。
【００２２】
有利なことに、単一の可変周波数ドライブが必要とされるだけであるので、これにより、はるかに小さいプラントを構築することが可能になる。
【００２３】
さらなる詳細および具体的な実施形態は、以下の添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ガス生成物の液化のためのプラントの概略図である。
【図２】図１のプラントの始動および運転方法のそれぞれのステップの概略図である。
【図３】図１のプラントの別の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の例示的な実施形態の説明は、添付の図面を参照する。異なる図面における同一の参照番号は、同一または類似の要素を特定する。以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
【００２６】
「一実施形態」または「実施形態」に対する明細書全体での参照は、実施形態に関連して記載されている特定の特徴、構造、または特性が、開示されている主題の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、明細書全体の様々な場所における句「一実施形態では」または「実施形態では」の出現は、必ずしも同一の実施形態を参照していない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせられてもよい。
【００２７】
添付の図面を参照すると、番号１は、ガス生成物の液化のためのプラントを示す。
【００２８】
プラント１は、少なくとも第１の機械ストリング２ａおよび第２の機械ストリング２ｂを含む。ストリング２ａ，２ｂは各々、それぞれの負荷４に接続されるそれぞれのシャフト３を含む。本開示の以下の部分では、機械ストリング２ａおよび２ｂは、実質的に同じ構成要素を含むものとして記載される。しかし、プラントで使用される特定のプロセスに応じて、第１の機械ストリング２ａおよび第２の機械ストリング２ｂは、異なる種類の、または同じ種類の、しかし異なるサイズの構成要素を含むことができることが理解される。
【００２９】
より詳細には、負荷４は、シャフト３に取り付けられる。具体的には、負荷４は、所定の量の冷媒を処理するために、シャフト３に取り付けられる被駆動機械、通常は圧縮機４である。冷媒は、プロパン、エチレン、メタン、混合冷媒または窒素のいずれかであり得る。たとえば、この種の圧縮機は、特定の用途に応じて、６００００ｍ3／ｈ〜５０００００ｍ3／ｈの流量を処理しなければならない。この流量は、１．５〜５バールから１５〜７０バールに圧縮される。各ストリング２ａ，２ｂは、すべて同じシャフト３に接続された任意の数の圧縮機４を含むことができることに留意されたい。
【００３０】
圧縮機４を駆動するために、各ストリング２ａ，２ｂは、シャフト３に取り付けられた電気モータ５を含む。本発明の好ましい実施形態では、モータ５は、シャフト３を駆動する唯一の電源である。図面には示されていない他の実施形態では、別の電源、特にガスタービンまたは蒸気タービンが存在してもよい。モータ５は、市販されている上述の目的に適した任意の種類のモータであってもよい。より詳細には、図１に示す構成では、モータ５は、シングルエンドモータである。すなわち、各モータ５は、シャフト３の端部に接続される。
【００３１】
図３に示すより一般的な構成では、モータ５は、ダブルエンドモータである。すなわち、各モータ５は、シャフト３の中間部に接続される。したがって、モータ５の各側に圧縮機４を取り付けることが可能である。
【００３２】
プラント１はまた、電気モータ５に関連する少なくとも１つの可変周波数ドライブ６を含む。可変周波数ドライブ６は、モータ５の各々に接続されるように構成される。図面に示す実施形態では、プラント１は、単一の可変周波数ドライブ６のみを含む。図面には示されていない他の実施形態では、プラント１は、複数の機械ストリング、ひいては複数の可変周波数ドライブ６を含む。この場合、可変周波数ドライブ６の数は、機械ストリングの数より少ない。プラント１の特定のインスタンスを設計する際、可変周波数ドライブ６は、単一の機械ストリング２ａ，２ｂにのみ電力を供給するような大きさにされていることに留意されたい。たとえば、可変周波数ドライブ６の数は、プラント１の機械ストリング２ａ，２ｂの数より１つ少なくてもよい。
【００３３】
プラント１はまた、電力供給グリッド７に電気的に接続可能である。具体的には、モータ５は、電力供給グリッド７から電力を引き出すことができる。電力供給グリッド７は、プラント１の各特定のインスタンスの現場で利用可能な外部電気グリッドであり、モータ５に実質的に一定の周波数のみを供給することができ、それにより実質的に一定の速度でモータを駆動する。
【００３４】
プラント１において、可変周波数ドライブ（６）は、第１の機械ストリング（２ａ）および第２の機械ストリング（２ｂ）のモータ（５）を順次起動し、両方のモータが起動されているときに前記モータの１つの速度を調節するように構成される。速度の調節は、各ストリングの負荷の効率および動作条件を最適化することを可能にする。特に、機械ストリングが２つである場合、それぞれの機械ストリングに設置された特定の負荷の最良の動作条件に適合するように、モータの速度が調整される。
【００３５】
上述のプラント１は、以下のように始動することができる。図２ａに示すように、可変周波数ドライブ６は、最初に第１の機械ストリング２ａのモータ５に電気的に接続される。次いで、可変周波数ドライブ６が始動され、その電圧および／または周波数出力が徐々に増加する。その結果、第１の機械ストリング２ａのモータ５の速度も増加する。これは、第１の所定の閾値が達成されるまで継続される。第１の所定の閾値は、電力供給グリッド７の典型的な周波数の関数である。
【００３６】
電力供給グリッド７は、次に、第１の機械ストリング２ａのモータ５に直接接続され、それにより第１の所定の閾値の速度が維持される。電力供給グリッド７はまた、可変周波数ドライブ６によって第２の機械ストリング２ｂのモータ５に電気的に接続される。
【００３７】
したがって、第１の機械ストリング２ａのモータ５への給電は、電力供給グリッド７によって引き継がれる。これにより、可変周波数ドライブ６は、第１の機械ストリング２ａのモータ５から電気的に切断することができる。
【００３８】
より詳細には、電力供給グリッド７を電気的に接続するステップは、モータ５へのエネルギーの供給を保証するために、可変周波数ドライブ６を電気的に切断するステップの前に行われる。
【００３９】
図２ｂに概略的に示されているように、次いで、可変周波数ドライブ６は、第２の機械ストリング２ｂのモータ５に電気的に接続される。次に、第２の機械ストリング２ｂのモータ５の速度は、第２の所定の閾値まで増加される。
【００４０】
第１と第２の所定の閾値の両方は、モータ５に給電するのに使用される電力グリッドに応じて、１５００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍの間とされ、好ましくは３６００ｒｐｍまたは３０００ｒｐｍに等しくすることができる。電力供給グリッドが５０Ｈｚの周波数を有するとき、第１の所定の閾値は約３０００ｒｐｍであり、電力供給グリッドが６０Ｈｚの周波数を有するとき、第１の所定の閾値は約３６００ｒｐｍである。しかし、第１および第２の所定の閾値の正確な値は、プラント１の各インスタンスにおいて異なることがある他の設計上の考慮に依存する。また、第１および第２の閾値は、等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。第１および第２の所定の閾値は、一般に、モータ５の実質的に一定の運転速度として適切であるべきである。実質的に一定の速度は、電力供給グリッド（７）の実質的に一定の周波数から生じる。
【００４１】
プラント１が始動された後、特に第２の所定の閾値に達したときに、可変周波数ドライブ６を使用して、第２の機械ストリング２ｂのモータ５の速度を調節することもできることに留意されたい。すなわち、可変周波数ドライブ６は、圧縮機４の必要負荷に応じてプラント１の容量を適合させるために使用される。可変周波数ドライブ６が第２の機械ストリング２ｂのモータ５の速度を調節するために使用されるとき、第１の機械ストリング２ａの速度は、実質的に一定の速度、具体的には第１の所定の閾値に実質的に維持される。
【００４２】
また、可変周波数ドライブ６および電力供給グリッド７は、モータ５の各々の間で切り換えることができる。したがって、原理的には、可変周波数ドライブ６を使用して、第１の機械ストリング２ａのモータ５の速度を調節することができる。この機能は、第２の機械ストリング２ｂが予期せず停止する場合に使用することができる。そのような状況では、可変周波数ドライブは、第１の機械ストリング２ａのモータ５を引き継ぎ、トリップ状態が解消されるとすぐに、上述のように第２の機械ストリング２ｂを再始動するために電力供給グリッド７にモータを戻す。
【符号の説明】
【００４３】
１  プラント
２ａ  第１の機械ストリング
２ｂ  第２の機械ストリング
３  シャフト
４  負荷、圧縮機
５  電気モータ
６  可変周波数ドライブ
７  電力供給グリッド
【図１】
2019502081.tif 000003
【図２】
2019502081.tif 000004
【図３】
2019502081.tif 000005
【国際調査報告】
2019502081.tif 000006
2019502081.tif 000007